Материнская плата (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard - главная плата; сленг. мама, мать, материнка) - сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер оперативной памяти и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители. Основные компоненты

Основные компоненты, устанавливаемые на материнской плате:

Центральный процессор (ЦПУ).
Набор системной логики (англ. chipset) - набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов».

Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер - обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как HyperTransport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер - содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC - используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) - микросхемы, обеспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок; также может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти.

Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места её крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъёма центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: ATX; microATX; FlexATX; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например, Apple, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett-Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы[источник не указан 310 дней]).

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar, Elitegroup, ASRock.

Пример :

Общие параметры
Форм фактор	ATX
Сокет	AM3+
Поддерживаемые процессоры	Athlon II, Phenom II
Тип памяти	DDR3
Процессор
Поддержка Hyper-Threading	нет
Поддержка многоядерных процессоров	да
Предустановленный процессор	нет
Чипсет
Чипсет	AMD 760G
BIOS	Award
Поддержка SLI/CrossFire	нет
Память
Количество слотов памяти	2
Минимальная частота памяти	1066 МГц
Максимальная частота памяти	1666 МГц
Двухканальный режим памяти	да
Трехканальный режим памяти	нет
Четырехканальный режим памяти	нет
Максимальный объем памяти	8 Гб
Поддержка ECC	нет
Дисковые контроллеры
Контроллер IDE	UltraDMA 133
Количество слотов IDE	1
Контроллер SATA	да
Количество разъемов SATA 3Gb/s	6
Режим работы SATA RAID	0, 1, 10, JBOD
Слоты расширения
Слот AGP	нет
Количество слотов PCI-E x16	1
Количество слотов PCI-E x1	4
Количество слотов PCI	2
Поддержка PCI Express 2.0	да
Поддержка PCI Express 3.0	нет
Аудио/видео
Звук	HDA
Звуковая схема	7.1
Чипсет звукового адаптера	Realtek ALC887
Сеть
Контроллер Ethernet	1000 Мбит/с
Интерфейсы
Общее количество интерфейсов USB	10
Количество интерфейсов Ethernet	1
Видео интерфейсы	выход S/PDIF(аудио)
Количество COM-портов	1
Интерфейс LPT	да
Интерфейс PS/2 (клавиатура)	да
Интерфейс PS/2 (мышь)	да
Разъемы на задней панели	1xCOM, 6xUSB 2.0, Ethernet, LPT, PS/2 (клавиатура), PS/2 (мышь), коаксиальный выход
Подключение
Основной разъем питания	24-pin
Разъем питания процессора	4-pin

Форм фактор ATX

Форм-фактор

Форм-фактор материнской платы.
Форм-фактор определяет габариты, установочные отверстия, разъемы питания материнской платы, а также требования к системе охлаждения. При выборе комплектующих для компьютера необходимо помнить, что корпус компьютера должен поддерживать форм-фактор материнской платы. Возможные форм-факторы материнских плат:ATX, microATX, EATX, BTX, mBTX, mini-ITX, SSI EEB, SSI CEB, нестандартный.

ATX (Advanced Technology eXtended) - один из самых распространенных форматов материнских плат для ПК, идеально подходит для построения домашнего компьютера. Платы ATX имеют размеры 30.5 x 24.4. см и поддерживают семь слотов расширения. Основной разъем для подключения блока питания на материнской плате стандарта ATX может иметь 20 или 24 контакта. Практически все новые модели материнских плат имеют 24-контактный разъем.

MicroATX (mATX) - несколько уменьшенный по размерам стандарт ATX. Подходит для построения офисных компьютеров, когда не требуется много слотов для расширения системы. Платы microATX имеют размеры 24.4 x 24.4 см и поддерживают четыре слота расширения. Основной разъем для подключения блока питания на материнской плате стандарта microATX может иметь 20 или 24 контакта. Практически все новые модели материнских плат имеют 24-контактный разъем.

FlexATX - форм-фактор, который в перспективе должен прийти на смену microATX. В настоящее время он не получил большой популярности. Платы FlexATX имеют размер 22.9 х 19.1 см и не более 3 слотов расширения.

EATX (Extended ATX) материнские платы отличаются от ATX размерами (до 30.5 x 33.0 см), используются в основном для серверов.

BTX (Balanced Technology Extended) - новый стандарт, который приходит на смену ATX. При разработке этого форм-фактора большое внимание уделялось эффективному охлаждению установленных на плате элементов. BTX идеально подходит для построения миниатюрных компьютеров. Материнские платы BTX имеют размеры 26.7 х 32.5 см и поддерживают семь слотов расширения.

mBTX (micro BTX) - уменьшенный вариант BTX. Размеры таких плат составляют 26.7 х 26.4 см. mBTX поддерживают четыре слота расширения.

mini-ITX - форм-фактор для материнских плат, разработанный компанией VIA Technologies. Электрически и механически совместимы с форм-фактором ATX. Материнские платы mini-ITX имеют небольшие габариты (17 х 17 см).

SSI EEB (Server Standards Infrastructure Entry Electronics Bay). Материнские платы этого стандарта обычно служат для построения серверов. Разъемы для подключения блока питания имеют 24+8 контактов. Габариты таких плат составляют 30.5 x 33.0 см.

SSI CEB (SSI Compact Electronics Bay). Материнские платы этого стандарта обычно служат для построения серверов. Разъемы для подключения блока питания имеют 24+8 контактов. Габариты таких плат составляют 30.5 x 25.9 см.
Иногда можно встретить материнские платынестандартного форм-фактора (Proprietary). Они предназначены для установки в специальный, совместимый с ней корпус.

Сокет AM3+

Socket

Сокет	Intel
BGA437	Intel Atom (интегрирован)
LGA771	Xeon
LGA775	Pentium 4, Pentium 4 EE, Pentium EE, Celeron D, Pentium D, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme
LGA1155	Core i3, Core i5, Core i7 с 4-значными индексами, Xeon-E3, Pentium (G6xx, G8xx)
LGA1156	Core i3, Core i5, Core i7 (8xx), Xeon (L34xx, X34xx), Celeron (G1xxx, G6xxx)
LGA1366	Core i7 (9xx), Intel Xeon (35xx, 36xx, 55xx, 56xx)
LGA2011	Core i7 Sandy Bridge-E, Xeon Sandy Bridge-EP
S478	Pentium 4, Pentium 4 EE, Celeron, Celeron D
S479	Pentium M, Celeron M
S604	Xeon
S603	Xeon MP Gallatin
Сокет	AMD
AM2	Athlon 64, Athlon 64 X2, Sempron с поддержкой DDR2 SDRAM
AM2+	Athlon 64 X2, Phenom, Athlon II, Phenom II
AM3	Athlon II, Phenom II
AM3+	Серия FX
FM1	Athlon II Llano, A4, A6, A8
C32	Opteron серии 4000
G34	Opteron
S1207 (Socket F)	Opteron

Во всех отношениях материнская плата (motherboard) является важнейшим компонентом РС. Если считать процессор "мозгом" компьютера, то материнская плата и размещенные на ней основные компоненты (чипсет, BIOS, кэш и др.) являются теми подсистемами, которые этот "мозг" использует для управления компьютером. Знание материнской платы и расположенных на ней подсистем очень важно для понимания того, как работает РС.

Материнская плата играет важнейшую роль в следующих аспектах компьютерной системы:

Организация: Так или иначе, все компоненты РС подключаются к материнской плате. Конструкция и компоновка материнской платы определяют организацию всего компьютера.
Управление: Материнская плата содержит чипсет и процедуры BIOS, управляя с их помощью большинством передач данных в компьютере.
Коммуникация: Почти вся коммуникация между РС и его периферийными устройствами, другими РС и пользователем осуществляется материнской платой.
Поддержка процессора: Материнская плата прямо диктует выбор процессора для использования в компьютере.
Поддержка периферийного оборудования: Материнская плата определяет, какие типы периферийных устройств можно использовать в РС. Например, тип видеокарты для системы (ISA, VLB, PCI) зависит от имеющихся на материнской плате системных шин.
Производительность: Материнская плата в значительной степени определяет производительность системы в силу двух основных причин. Во-первых, от материнской платы зависит, какие типы процессора, памяти, системных шин и интерфейсов жесткого диска можно применять в РС, а эти компоненты прямо влияют на его производительность. Во-вторых, производительность зависит от качества схем и чипсета самой материнской платы.
Возможность модернизации: Возможности материнской платы определяют, до какой степени можно модернизировать компьютер. Например, некоторые материнские платы допускают процессоры Pentium с частотой синхронизации 133 МГц, а другие до 600 МГц.

В этом разделе подробно рассмотрены различные компоненты, образующие современную материнскую плату. Многие люди просто считают все эти компоненты материнской платой. Физически кэш, микросхема BIOS и системные шины находятся на материнской плате, но их целесообразно рассмотреть отдельно, так как фактическое местоположение некоторых из приведенных компонентов можно изменить, не влияя на их функционирование. Конечно, логически они очень тесно взаимосвязаны.

Форм-факторы материнских плат

Физическая плата значительно варьируется в различных РС; две платы могут иметь одинаковые производительности и возможности, но быть скомпонованными совершенно по-разному. В это разнообразие вносит свой вклад большое число компаний - производителей материнских плат. Физическая же функция материнской платы заключается в обеспечении удобного "рабочего места" для всех компонентов.

Форм-фактор (form factor) материнской платы описывает ее общую форму, используемые с нею типы корпусов и блоков питания и ее физическую организацию. Например, компания может выпускать две материнские платы с примерно одной и той же функциональностью, но с разными форм-факторами, и единственными настоящими различиями будут только физическая компоновка платы, расположение компонентов и др.

Форм-фактор AT и Baby AT

До недавнего времени эти форм-факторы доминировали в мире материнских плат. Эти два варианта различались, в основном, шириной. Полная плата AT имела ширину 12" и ее нельзя было вставить в настольный мини-корпус и корпус "мини-тауэр". Сейчас такие платы практически не применяются.

Материнская плата Baby AT с 1987 г. была самым распространенным форм-фактором. В настоящее время благодаря усилиям фирмы Intel он вытеснен форм-фактором ATX, который стал очень популярным. Однако и сейчас имеются миллионы РС с платами AT и Baby AT и для их модернизации будут выпускаться платы AT по новой технологии.

Плата Baby AT имеет ширину 8.5" и номинальную длину 13". Благодаря меньшей ширине она почти не перекрывается дисковыми отсеками. На плате есть три ряда монтажных отверстий; первый находится сзади платы, где расположены слоты шины и разъем клавиатуры; второй ряд находится в середине платы, а третий - спереди платы, там где монтируются накопители. Если ширина платы довольно стандартизована, то новые платы имеют длину 11" и даже 10", что вызывает проблемы при установке платы. К счастью, плату можно жестко укрепить, используя первые два ряда отверстий.

Платы Baby AT обычно имеют вмонтированный разъем клавиатуры. Разъемы последовательного и параллельного портов почти всегда подключаются с использованием кабелей, которые соединяют имеющиеся на корпусе физические разъемы и группы штырьков (headers) на материнской плате.

В платах AT и Baby AT сокет/слот процессора и сокеты памяти находились спереди платы и над ними могли располагаться длинные карты расширения. При разработке этих форм-факторов процессоры и микросхемы памяти были небольшими и монтировались прямо на материнской плате, поэтому промежуток между ними и картами расширения был достаточен. Сейчас же выпускается память в сокетах SIMM/DIMM, а для процессора требуются теплоотвод и вентилятор. Так как процессор часто остается на том же месте, комбинация процессор + теплоотвод + вентилятор часто "блокирует" до трех слотов расширения на материнской плате. Для решения этой проблемы был разработан форм-фактор материнской платы ATX.

Форм-факторы ATX и Mini-ATX

Первым за многие годы значительным изменением в конструкции корпуса и материнской платы стал форм-фактор ATX, разработанный фирмой Intel в 1995 г. Через три года он практически вытеснил форм-фактор АТ. АТХ используется в новых материнских платах для процессоров Pentium.

Конструкция ATX имеет несколько преимуществ по сравнению со старыми платами. Кроме того, форм-фактор АТХ определяет изменения не только для материнской платы, но и для корпуса и блока питания, поэтому далее приведены его "суммарные" достоинства:

Встроенные разъемы портов ввода-вывода: В платах Baby AT использовались группы штырьков на плате и кабель от физических разъемов последовательного и параллельного портов, расположенных на корпусе. В плате АТХ разъемы впаяны прямо в материнскую плату. Такой способ снижает стоимость, повышает надежность (так как порты можно проверить до поставки платы) и делает плату более стандартизованной.
Встроенный разъем мыши PS/2: Во многих платах Baby AT либо нет порта мыши PS/2, либо применяется кабель с группой штырьков PS/2 на плате, как для последовательного и параллельного портов. В материнских платах АТХ порт PS/2 встроен в плату.
Уменьшение перекрытия дисковых отсеков: Так как плата фактически "повернута" на 90 градусов по сравнению с платой Baby AT, имеется меньшее перекрытие между платой и дисковыми отсеками. Это обеспечивает лучший доступ к плате и способствует решению проблемы охлаждения.
Уменьшение интерференции плат расширения: Сокет/слот процессора и сокеты памяти передвинуты с передней части платы на заднюю правую сторону к блоку питания. Это позволяет использовать карты полной длины почти во всех слотах системной шины.
Улучшенный разъем блока питания: Плата ATX использует для питания один 20-контактный разъем вместо путающей пары почти одинаковых 6-контактных разъемов платы Baby AT.
Поддержка "мягкого питания" Блок питания ATX включается и выключается по сигналам от материнской платы, а не физическим выключателем. Это обеспечивает включение и выключение РС под программным управлением, предоставляя лучшее управление питанием. Например, в системе АТХ можно конфигурировать Windows 95 так, что она будет выключать РС по указанию пользователя.
Поддержка питания 3.3 В: Плата ATX поддерживает питание 3.3 В от блока питания ATX. Такое (или меньшее) напряжение используется почти во всех новых процессорах. Это снижает стоимость, так как не нужно преобразовывать напряжение с 5 В до 3.3 В.
Лучший воздушный поток: Блок питания ATX "засасывает" воздух в корпус, а не "выдувает" его. Сокет/слот процессора находится рядом с блоком питания и его вентилятор можно использовать для охлаждения теплоотвода процессора. Часто этот позволяет избежать применения вентилятора процессора.
Упрощение модернизации: Будучи новейшей разработкой, форм-фактор АТХ рассчитан на будущее. Модернизация упрощается благодаря более легкому доступу к компонентам на материнской плате.

Форм-фактор Mini-ATX представляет собой просто уменьшенный вариант полноразмерной платы ATX. В обеих конструкциях параллельные порты, последовательные порты, порты клавиатуры и мыши PS/2 расположены сзади платы.

Монтирование портов непосредственно на плате позволяет избежать кабельных соединений к портам ввода-вывода на плате. В результате для плат ATX требуется корпус новой конструкции с точно позиционированными вырезами для портов, поэтому платы ATX и Mini-ATX нельзя использовать в корпусах АТ.

Последняя спецификация фирмы Intel форм-фактора Micro-ATX (см. рисунок слева) как еще более уменьшенного варианта платы АТХ ориентирована на компактные потребительские РС с ограниченными возможностями расширения. Плата предназначена для установки в стандартный корпус АТХ или в новый корпус микро-тауэр. На плате Micro-ATX имеется всего четыре слота расширения в отличие от семи слотов форм-фактора АТХ. Кроме того, плата Micro-ATX допускает использовать меньший блок питания с форм-фактором SFX.

Форм-факторы LPX и Mini-LPX

Форм-фактор LPX ориентирован на "плоский" (slimeline) корпус для дешевых настольных РС. Главная его особенность заключается в использовании платы-стояка (riser card) для слотов расширения. В платах AT и ATX слоты расширения находятся на самой плате, а в LPX системная шина выведена на плату-стояк, которая вставляется в материнскую плату. Карты расширения (максимум 3) вставляются уже в плату-стояк. При этом карты расширения оказываются параллельными материнской плате. Это позволяет значительно уменьшить высоту корпуса, так как высота карт расширения уже не имеет значения. Но при этом число карт расширения - всего две или три! Кроме того, плата-стояк препятствует воздушному потоку внутри системного корпуса, поэтому почти всегда требуются дополнительные вентиляторы.

Платы LPX часто поставляются с видеоадаптером, вмонтированным в материнскую плату. Конечно, плохая карта экономит деньги производителя, но формирует изображения невысокого качества. Переход на новую видеокарту может вызвать проблемы, если встроенный видеоадаптер нельзя запрещать. Обычно платы LPX, как и платы АТХ имеют встроенные разъемы мыши, последовательного и параллельного портов.

Хотя форм-фактор LPX можно использовать в специализированных системах, у него имеются такие недостатки, как отсутствие стандартизации, плохая расширяемость, плохая модернизация и плохое охлаждение.

Форм-фактор NLX

Необходимость стандарта на современные небольшие материнские платы привела к разработке фирмой Intel в 1997 г. нового форм-фактора NLX. В нем реализована та же идея, что и в АТХ, но внесены серьезные улучшения, основанные на достижениях современных технологий РС. Основным поставщиком плат NLX является фирма Intel.

В платах NLX реализована общая конструкция плат LPX, но размер платы уменьшен и введена плата-стояк для карт расширения. Основные улучшения в платах NLX:

Поддержка модулей памяти большей емкости и переход к модулям DIMM.
Поддержка новых процессоров, включая Pentium II с новым корпусом SEC.
Поддержка видеокарт с AGP.
Улучшенные тепловые характеристики.
Более удобное расположение процессора на плате, обеспечивающее более простой доступ и лучшее охлаждение.
Более гибкие настройка и конфигурирование платы.
Возможность смонтировать материнскую плату таким образом, что ее легко выдвинуть из системного корпуса.
Кабели, например кабель гибкого диска, подключаются к плате-стояку, а не к самой материнской плате, что уменьшает длину кабеля.
Поддержка настольного корпуса и корпуса "тауэр".

Сравнение форм-факторов

В таблице приведены сравнительные данные для различных форм-факторов материнских плат.

			Где встречается	Соответствие корпусу и блоку питания
			Очень старые PC	Полный AT, полный "тауэр"
				Все кроме Slimline, ATX


			Старые подержанные PC
			Старые подержанные PC

На следующем рисунке показано более подробное расположение компонентов типичной материнской платы для процессоров Pentium с разъемом Slot 1.

Пассивная объединительная плата - будущее PC?

Несмотря на то, что "настоящие" материнские платы являются нормой для РС, имеется и другой вариант конструкции РС. Во многих мощных серверах вместо интегрированной материнской платы используется пассивная объединительная плата (passive backplane). Здесь процессор, чипсет и кэш расположены на отдельной "карте расширения", которая и вставляется в материнскую плату.

Возможно, фирма Intel поведет рынок РС в этом направлении благодаря все большей и большей интеграции. В Pentium II процессор и кэш расположены на дочерней плате, называемой Single-Edge Card (SEC). Не исключено, что в будущих процессорах на ней будет размещаться и чипсет. Такая конструкция называется мобильным модулем (Mobile Module) или корпусом MMO. Здесь трудно провести линию раздела между дочерней платой и самой настоящей материнской платой, так как чипсет представляет собой "интеллект" материнской платы.

Корпус MMO предназначен для ноутбуков, так как упрощает их производство, но не исключено, что эта тенденция распространится и на мир настольных РС. Конструкция SEC фактически представляет собой первый шаг в этом направлении.

Карты расширения

Карты расширения (expansion cards) представляют собой небольшие схемные (печатные) платы (circuit boards), которые вставляются в слоты расширения (expansion slots) на материнской плате. Слотом называется разъем на материнской плате, предназначенный для карт с краевым (печатным) разъемом. Эти карты придают компьютеру новые возможности и примерами их служат видеокарты (video cards), звуковые карты (sound cards), карты захвата изображений (image capture cards), модемы (modems) и др. Пользователь приобретает нужную ему карту, вставляет в ее слот, инсталлирует новые программные драйверы и после этого карта готова к работе.

Типы слотов

В РС применяется несколько типов слотов, которые были разработаны для различных видов шин ввода-вывода . В процессе эволюции РС было разработано пять основных шин ввода-вывода:

Промышленная стандартная архитектура (Industry Standard Architecture - ISA) . Сейчас сохраняется для карт расширения, требующих невысокой производительности. Ожидается, что вскоре эта шина в мире РС исчезнет.
Улучшенная стандартная промышленная архитектура (Enhanced Industry Standard Architecture - EISA) . Сейчас в массовых РС не применяется.
Архитектура микроканала (Micro Channel Architecture - MCA) . Сейчас не применяется.
Шина Ассоциации по стандартам видеоэлектроники (Video Electronics Standard Association Local Bus - VL Bus) . Сейчас не применяется.
Шина взаимодействия периферийных компонентов (Peripheral Component Interconnect - PCI) . Самая распространенная сейчас шина ввода-вывода.
Разъем Международной Ассоциации карт памяти для персональных компьютеров (Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) . В этот 68-контактный разъем можно вставлять съемные устройства размером в кредитную карточку: дополнительную память, модемы, сетевые адаптеры, жесткие диски и др. Карты PCMCIA ранее применялись только в портативных компьютерах, но сейчас они имеются во многих настольных РС. Имеются три типа карт PCMCIA: карты Type 1 имеют толщину 3.3 мм и применяются, в основном, для добавления памяти RAM и флэш-памяти в портативные компьютеры и ручные устройства; карты Type 2 имеют толщину 5 мм, обладают средствами ввода-вывода и используются для модемов и сетевых адаптеров; карты Type 3 имеют толщину 10.5 мм и применяются, в основном, для съемных жестких дисков. В большинстве случаев в разъем Type 3 можно вставлять карты Type 2 и Type 1.

Линии IRQ, каналы DMA и адреса ввода-вывода

Для взаимодействия с картами расширения и периферийными устройствами процессор использует линии запросов прерываний (Interrupt ReQuests - IRQ), каналы прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA) и базовые адреса ввода-вывода (I/O base addresses).

Линия IRQ	Компонент

IRQ0	Системный таймер
IRQ1	Клавиатура
IRQ2	Некоторые видеокарты
IRQ3	Порты COM2, COM4
IRQ4	Порты COM1, COM3
IRQ5	Звуковая карта
IRQ6	Контроллер гибкого диска
IRQ7	Порт LPT1 (принтер)
IRQ8	CMOS-часы
IRQ9	Перенаправляется на IRQ2
IRQ10	Свободна
IRQ11	Свободна
IRQ12	Свободна
IRQ13	Сопроцессор
IRQ14	Контроллер жесткого диска
IRQ15	Свободна

Сигнал IRQ представляет собой сообщение процессору о необходимости обслуживания периферийного устройства. Например, при нажатии любой клавиши на клавиатуре в процессор подается сигнал IRQ о необходимости ввода кода нажатой клавиши и соответствующей реакции на это событие, например отображения символа на экране. Процессор обслуживает прерывания от мыши и различных карт расширения.

У каждого устройства имеется своя линия IRQ. Чтобы подавать запросы прерываний от многочисленных устройств на единственную входную линию IRQ процессора, применяется микросхема программируемого контроллера прерываний (Programmable Interrupt Controller - PIC). В РС есть две таких микросхемы, каждая из которых воспринимает запросы от восьми устройств. Всего получается 14 линий запросов прерываний, так как две линии зарезервированы. Таблица слева показывает стандартное распределение линий IRQ.

Для того, чтобы обеспечить максимальную скорость передачи данных для быстродействующих устройств, например жестких дисков, в РС введено несколько каналов прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA). При использовании канала DMA данные передаются между устройством и системной памятью RAM без участия процессора под управлением контроллера DMA (DMA Controller - DMAC). Каналы DMA использует сравнительно мало карт расширения.

Базовые адреса ввода-вывода называются также адресами портов (или регистров) ввода-вывода. Для процессора каждое периферийное устройство представлено набором регистров, каждый из которых должен иметь уникальный адрес в пространстве ввода-вывода. Чтобы упростить адресацию часто многочисленных регистров, для устройства выделяется базовый адрес одного из регистров, а адреса остальных регистров задаются в виде смещений (offsets) от базового адреса.

Имеется много программ, которые показывают распределение линий IRQ, каналов DMA и базовых адресов ввода-вывода. Такие программы для операционной системы Windows можно найти на сайте http://www.windowscentral.com/software/ .

Типы карт расширения

Рассмотрим вкратце основные карты расширения для РС.

Видеокарты - Видеокарта обеспечивает вывод текста и изображений на экран монитора и к ней подключается монитор.
Карты ввода-вывода - Эти карты, к которым ранее подключался принтер или мышь, в настоящее время не применяются, так как их функции встроены в материнские платы.
Карты контроллеров - Карты, предназначенные для подключения дополнительных устройств, например сменных накопителей Zip. Многие современные параллельные устройства подключаются к параллельному порту и не требуют специальных карт расширения.
Звуковые карты - Звуковые карты позволяют компьютеру воспроизводить звуки. К этим картам обычно подключаются динамики, микрофон, стереосистема и наушники.
Модемы - Модемы обеспечивают коммуникацию между компьютерами по телефонным линиям. Сейчас они широко применяются для доступа к Internet. Карта модема имеет сзади два телефонных гнезда: один из них подключается к стенной телефонной розетке, а к другому подключается телефон.
Интерфейсные карты - С помощью этих карт в компьютеру можно подключить внешний накопитель CD-ROM, сканер и даже адаптеры для устройств портативных компьютеров.
Карты захвата видео - К внешнему разъему этой карты можно подключить видеомагнитофон или видеокамеру. Карта позволяет просматривать видеофильмы и сохранять отдельные кадры в памяти компьютера. Выпускаются также карты TV-тюнеров (TV tuner), с помощью которых можно просматривать телепрограммы на мониторе компьютера.

Установка карт расширения

Установить карту расширения несложно. Для этого необходимо:

Выключить компьютер, вынуть шнур питания и открыть корпус.
Найти свободный слот подходящего для карты типа.
Вынуть пылезащитную скобу, находящуюся напротив выбранного слота. Вставить карту в выбранный слот.
При необходимости посмотреть по руководству на карту, как установить перемычки. Проверить, что вставленная карта не касается соседних карт.
Закрепить карту винтом.
Закрыть корпус компьютера, подключить его к электросети, включить и инсталлировать поставляемый с картой драйвер. После этого произвести перезагрузку компьютера. Карта должна функционировать.

Состав материнской платы

При покупке системы она должна поставляться со всем, что требуется для работы РС. Однако при покупке только материнской платы к ней должны придаваться рассмотренные далее элементы.

Руководство по материнской плате

Как минимум, материнская плата должна иметь следующую документацию:

Общая информация: Номер модели платы, название производителя и контактная информация. Эти сведения нужны для получения помощи, модернизации BIOS или дополнительной информации о плате.
Инструкции по сборке: Инструкции по установке, перемычкам и конфигурированию платы. Должна иметься диаграмма с расположением компонентов.
Информация по конфигурированию: Сведения о допустимых процессорах и конфигурация памяти.
Руководство по BIOS: Пояснения о параметрах BIOS на плате и настройке РС. Правда, такую информацию можно получить через Internet.

Предупреждение: Не приобретайте плат, на которых не указан производитель!

Кабели и разъемы ввода-вывода

Платы форм-факторов ATX, LPX или NLX имеют встроенные разъемы последовательного и параллельного портов. Для плат AT или Baby AT обычно требуются три плоских кабеля для подключения к материнской плате разъемов последовательного и параллельного портов. Последовательные кабели имеют 9 проводников (даже если подключаются к 25-контактным разъемам), а параллельный кабель имеет 25 проводников.

Кабель гибкого диска

Материнская плата должна поставляться с одним "стандартным" 34-контактным кабелем гибкого диска. Этот кабель необычного вида имеет пять разъемов с перекрученными 7 проводниками в середине кабеля.

Кабель интерфейса IDE/ATA

Материнская плата обычно поставляется со стандартным 40-контактным кабелем жесткого диска IDE (ATA) или CD-ROM. На нем должны иметься три разъема, но иногда имеется только два. При необходимости использовать два канала IDE (что повышает производительность компьютера), необходимо приобрести отдельный интерфейсный кабель.

Встроенные компоненты материнской платы

Далее приведено краткое описание основных компонентов, расположенных на материнской плате. Конечно, в зависимости от "возраста" и степени интеграции платы на ней может находиться меньше или больше микросхем и других компонентов, поэтому рассматриваются только типичные компоненты.

Печатная плата

Материнская плата представляет собой многослойную печатную плату (Printed Circuit Board - PCB). Плата фактически является "сэндвичем" из нескольких тонких слоев, содержащих проводники для соединения различных компонентов. Автоматизация производства плат привела к тому, что стоимость самой печатной платы невелика. Хорошая материнская плата должна быть достаточно жесткой и правильно спроектированной, чтобы уменьшать интерференцию компонентов. Чем толще плата, тем лучше.

Сокеты или слоты процессора

Разумеется, печатная плата имеет один или несколько сокетов или слотов для установки процессора (процессоров). Наиболее распространены однопроцессорные платы, но можно найти платы с двумя и даже четырьмя процессорами. Тип сокета или слота определяет тип процессора (а иногда и его скорость), который можно использовать на материнской плате. Стандарты сокетов и слотов процессоров определяет фирма Intel. Для старых процессоров (до Pentium Pro) применяется квадратный сокет. Новые процессоры, начиная с Pentium II, монтируются на дочерней плате, которая вставляются в слот SEC (Single-Edge Connector).

Примечание: С появлением слота SEC для Pentium II появились новые материнские платы, имеющие только один слот для Pentium II или Pentium Pro. Конечно, Pentium Pro использует сокет, а не слот, поэтому производители разработали дочернюю плату аналогичную Pentium II, которая содержит сокет для Pentium Pro. В результате на одной и той же материнской плате можно установить любой процессор.

В большинстве плат с сокетом применяется сокет с нулевым усилием стыковки (Zero Insertion Force - ZIF), который позволяет вставлять и вынимать процессор без усилий с помощью специального рычажка.

Сокеты памяти

Большинство современных материнских плат имеют от двух до восьми сокетов для установки памяти, обычно модулей SIMM (Single Inline Memory Module) или DIMM (Dual Inline Memory Module). Обычно эти сокеты маркированы "SIMM0" - "SIMM7" или "DIMM0" - "DIMM3". Первыми всегда должны заполняться сокеты с меньшими номерами. Обычно модули SIMM должны вставляться парами, а модули DIMM можно вставлять по отдельности. Максимальное число модулей памяти на материнской плате определяется чипсетом.

Кэш и/или сокеты кэша

Все новые материнские платы имеют встроенный вторичный (Level 2 или L2) кэш или сокеты для установки вторичного кэша. Вторичный кэш представляет собой быстродействующую память, которая применяется для буферирования запросов процессора к обычной системной памяти. Обычно емкость кэша составляет 256 КБ или 512 КБ, но может доходить и до нескольких мегабайтов. Материнские платы для процессоров Pentium Pro и Pentium II не имеют вторичного кэша, так как он встроен в процессор Pentium Pro и в корпус процессора Pentium II.

На материнских платах микросхемы кэша могут быть вмонтированы прямо в плату, могут иметься сокеты для микросхем кэша или может находиться сокет COASt (Cache On A Stick). Иногда последний сокет называется CELP (Card Edge Low Profile). В него вставляется модуль с микросхемами кэша, который напоминает модуль SIMM. Иногда на плате может быть встроенный кэш и сокет COASt.

Слоты шины ввода-вывода

Все материнские платы имеют одну или несколько шин ввода-вывода, используемых для расширения возможностей РС. В слоты этих шин на материнской плате вставляются карты расширения, например видеокарта, звуковая карта, сетевая карта и др. Успеху платформы РС способствовало наличие множества различных карт расширения.

Большинство современных РС имеют слоты двух шин. Первыми являются слоты стандартной шины ISA (Industry Standard Architecture); обычно их 3 или 4. Разъемы этих слотов состоят из двух секций. Старая шина ISA используется для карт, которым не требуется высокое быстродействие, например звуковых карт и модемов. В очень старых РС имеются слоты с одной секцией; это слоты 8-битовой шины ISA.

Материнские платы систем класса Pentium также имеется три или четыре слота шины PCI (Peripheral Component Interconnect). Они отличаются от слотов шины ISA меньшим размером и большим числом контактов. Быстродействующая шина PCI используется для видеокарт, контроллеров жестких дисков и скоростных сетевых карт. Примечание: В новых материнских платах PCI разъемы для жестких дисков смонтированы прямо на плате. Эти разъемы являются частью шины PCI, хотя жесткие диски физически не подключены к слотам шины PCI.

В новейших РС на материнской плате появился также слот AGP (Accelerated Graphics Port). Фактически AGP является не шиной, а портом , используемым для высокоскоростной графики. Слот AGP похож на слот шины PCI, но еще больше смещен от заднего края платы.

В старых РС с процессором 486 для подключения быстродействующих устройств вместо слотов PCI применялись слоты VLB (VESA Local Bus). Слоты VLB похожи на слоты ISA, но имеют две дополнительных секции. Разъемы для этих слотов очень длинные, поэтому карты трудно вставлять и вынимать.

Разъем(ы) питания

Материнская плата имеет разъем для подключения кабелей от блока питания.

Материнские платы и блоки питания форм-фактора АТХ используют один 20-проводный кабель питания. Во всех остальных используется пара 6-проводных кабелей. Кабели подключаются к материнской плате так, чтобы черные проводники (земля) оказались рядом в середине. Разъем обычно размещается справа сзади на материнской плате рядом с блоком питания.

Преобразователи напряжения

Раньше все микросхемы РС имели одно напряжение питания +5 В, которое формировал стандартный блок питания. Переход к другому напряжению питания потребовал введения на материнские платы одного или нескольких преобразователей напряжения, которые формируют для процессора меньшее напряжение - +3.3 В или меньше.

В новых процессорах применяется схема двойного питания (split rail). На процессор подаются два напряжения: внешнее напряжение, или напряжение ввода-вывода, обычно составляет +3.3 В, а внутреннее напряжение (core voltage) обычно составляет +2.8 или +2.2 В. Преобразователь напряжения (и управляющие им перемычки) обеспечивает подачу на процессор правильных напряжений питания.

Преобразователь напряжения обычно выделяется большими теплоотводами, так как при преобразовании выделяется много тепла. Преобразователь управляется специальными перемычками, которые устанавливаются так, чтобы на процессор подавались необходимые напряжения. Преобразователи напряжения должны иметь хорошее охлаждение, так как их перегрев вызывает зависание РС и другие проблемы.

Конденсаторы

Конденсаторы применяются для фильтрации и сглаживания сигналов на материнской плате. На них обычно не обращают внимания, так как они являются дешевыми пассивными компонентами. На материнских платах имеются танталовые и электролитические конденсаторы. Следует иметь в виду, что дешевые конденсаторы высыхают и теряют свою эффективность, что вызывает такие проблемы, которые почти невозможно диагностировать.

Разъемы клавиатуры и мыши

Типы разъемов клавиатуры и мыши РС определяются форм-фактором материнской платы. В РС с новыми платами ATX, LPX или NLX для клавиатуры и мыши (PS/2) используется пара небольших 6-контактных круглых разъема mini-DIN. В старых РС с форм-фактором АТ используется больший 5-контактный разъем DIN клавиатуры, а специального разъема для мыши нет, поэтому приходится занимать последовательный порт. Разъемы клавиатуры и мыши находятся на заднем краю материнской платы.

Микросхемы чипсета

На плате имеется от двух до четырех микросхем, маркированных названием выпустившей их компании. Например, чипсет Intel Triton II "HX" для Pentium состоит из двух микросхем Intel 82439HX и 82371AB. Чипсет обычно управляет передачами данных между процессором, памятью, кэшем, а также системными шинами.

Контроллер клавиатуры

Контроллер клавиатуры управляет клавиатурой, а также встроенным портом мыши PS/2, если он имеется на материнской плате. В новых РС этот контроллер фактически встроен в микросхему Super I/O controller, поэтому отдельной микросхемы контроллера клавиатуры на материнской плате может и не быть.

Микросхема Real-Time Clock и CMOS-памяти

В этой микросхеме находятся часы, которые следят в РС за временем и датой, а также CMOS RAM, которая хранит параметры PC. На микросхему подается питание от батареи, которая иногда встраивается в корпус микросхемы. Микросхема часто имеет маркировку "Dallas" по названию компании Dallas Semiconductor (http://www.dalsemi.com ), которая выпускает эти микросхемы в большом количестве.

Контроллер Super I/O

Микросхема контроллера Super I/O Controller выполняет многие стандартные функции ввода-вывода, которые раньше выполнялись несколькими меньшими микросхемами. Такие контроллеры выпускает компания National Semiconductor (http://www.national.com ), поэтому их можно идентифицировать по маркировке на микросхеме.

Микросхемы BIOS

Системный BIOS находится в микросхемах ROM, которые расположены на материнской плате. Обычно имеется одна или две микросхемы BIOS в зависимости от платы с маркировкой компаний Award или AMI.

Батарея

В PC имеется маломощная батарея для хранения при выключении компьютера важной информации, например параметров BIOS, текущих даты и времени и распределения ресурсов в системе с технологией Plug and Play. Применяются батареи нескольких форм:

Во многих старых РС это большой прямоугольный корпус, соединенный с материнской платой проводниками.
В некоторых РС батарея в виде небольшого цилиндра припаяна к материнской плате. Обычно такая батарея несъемная.
В некоторых РС используется небольшая круглая батарейка наручных часов в металлическом держателе.
В некоторых РС видимой батареи нет. В этом случае литиевая батарея находится в одном из других корпусов, обычно в корпусе микросхемы Real-Time Clock. Ей может быть также встроенная перезаряжаемая никель-кадмиевая батарея (аккумулятор), которая подзаряжается при включенном питании. Такие батареи заменить нельзя и их долговечность составляет от 5 до 10 лет.

Перемычки

Перемычки применяются для конфигурирования схем. Одна перемычка состоит из пары штырьков и небольшого прямоугольного шунта, который одевается на штырьки и закорачивает их. Схема запрограммирована на работу в одном режиме, когда перемычка закорочена, и в другом режиме, когда она разомкнута. Обычно перемычки нумеруются как JP1, JP2 и т.д. Для некоторых функций применяется группа перемычек. Материнские платы различаются нумерацией и расположением перемычек, а также задаваемыми с их помощью параметрами. Именно поэтому для работы на РС требуется руководство по материнской плате.

Новинкой стали материнские платы без перемычек (jumperless), в которых множество параметров, например тип и быстродействие процессора и даже его напряжение питания, задаются с помощью параметров BIOS, а для небольшого числа параметров (обычно очистка CMOS и размер кэша) все же оставлены перемычки. Такая конструкция позволяет изменить скорость процессора так же просто, как изменяются другие параметры BIOS, и упрощает переход к новому процессору. Для производителей облегчается добавление поддержки новых процессоров, появляющихся на рынке.

Многим пользователям нравятся платы без перемычек, так как они позволяют задать много параметров, не открывая корпуса. Особенно это удобно для тех, которые хотят "разогнать" (overclock) процессор. Другим же нравится управлять РС с помощью физических перемычек.

Приведем список наиболее важных параметров компьютера:

Напряжение процессора: Почти все новые платы имеют перемычки для установки напряжения питания процессора.
Скорость процессора / Скорость шины / Множитель: Во всех новых платах (исключая платы без перемычек) можно определять скорость процессора. Некоторые платы предоставляют список поддерживаемых скоростей и диаграмму установки перемычек для получения каждой скорости. В других платах необходимо устанавливать две отдельных перемычки: одна управляет скоростью шины памяти, а другая задает "множитель" (на что умножается скорость шины памяти в процессоре).
Тип процессора: Эти перемычки могут заменить две ранее рассмотренных перемычки. В этом случае предоставляется длинный список поддерживаемых платой типов процессоров и скоростей и сообщается, как установить группу перемычек для выбранного варианта.
Размер и тип кэша: Некоторые платы могут иметь кэш разного размера, а другие могут иметь встроенный кэш или кэш в виде модуля COASt. Часто имеются 1-2 перемычки для задания используемого кэша и его размера.
Размер и тип памяти: Почти все новые РС автоматически обнаруживают тип и размер системного RAM, но в старых моделях при изменении размера памяти применяются перемычки.
Разрешение флэш-BIOS: Многие платы требуют установки в специальное положение перемычки для того, чтобы разрешить средство модернизации флэш-BIOS. Обычно эта перемычка находится в положении "normal" и переставляется при модернизации BIOS.
Источник батареи: Некоторые платы позволяют переключить батарею с внутреннего на внешний источник и для управления этим применяется перемычка.
Запрещающие перемычки: Некоторые платы имеют специальные перемычки, позволяющие запрещать фрагменты схем. Они полностью зависят от платы.

Порты и группы штырьков

Порты (ports) - это разъемы, используемые для подключения к материнской внешних кабелей и устройств. В дополнение к разъемам клавиатуры и мыши PS/2 некоторые материнские платы, например АТХ, имеют на задней стороне встроенные последовательный и параллельный порты.

Платы без встроенных портов используют для подключения к плате группы штырьков (headers). Кабель проходит от порта и вставляется в группу штырьков на плате. Приведем группы штырьков для материнской платы Baby AT (некоторые из них есть на платах АТХ, не имеющих встроенных портов):

Последовательные порты: Обычно имеются группы штырьков для двух последовательных портов. Каждый имеет 9 или 10 контактов (фактически используются только первые 9).
Параллельный порт: Эта группа штырьков используется для внешнего параллельного порта и имеет 26 контактов (фактически используются только первые 25).
Порт мыши PS/2: На хороших некоторых платах имеется группа из 5 штырьков для порта мыши, когда этого порта нет на плате.
Универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus - USB): Технология USB предложена для подключения к РС таких устройств, как клавиатура, мышь и внешние модемы. На многих платах имеется группа из 10 штырьков для подключения порта USB.
Инфракрасный (InfraRed) порт: Некоторые материнские платы позволяют подключить инфракрасный коммуникационный порт, обычно используемый для беспроводной коммуникации с принтерами и аналогичными устройствами. Инфракрасные порты часто используются в лаптопах. Группа содержит 4 или 5 штырьков.
Первичный и вторичный интерфейс жесткого диска IDE/ATA: Большинство новых плат имеет группы из 40 штырьков для двух каналов IDE.
Интерфейс гибкого диска: Большинство новых плат имеют группу из 34 штырьков для кабеля гибкого диска.
Интерфейс SCSI: Некоторые материнские платы имеют встроенные порты или группы штырьков SCSI. Число штырьков составляет 50 или 68 в зависимости от типа реализованного интерфейса SCSI.

Штырьковые разъемы

Материнские платы имеют несколько разъемов, которые подключаются к светодиодам, индикаторам и переключателям на корпусе. Эти разъемы зависят от платы и далее рассмотрены только типичные разъемы. Физическое расположение разъемов также варьируется; на некоторых платах они "разбросаны", а на других сгруппированы в большой "многофункциональный разъем".

Типичные штырьковые разъемы на материнской плате:

Светодиод питания и переключатель замка: Часто эти разъемы объединяются в один 5-контактный разъем. Приведем его типичную конфигурацию (отметим неиспользуемый штырек между двумя штырьками светодиода питания):
Переключатель сброса: Этот 2-штырьковый переключатель не имеет полярности, поэтому его можно соединять любым способом.
Переключатель Turbo: Этот "реликтовый" переключатель имеется на многих платах, хотя он и не выполняет никакой полезной функции. Чаще всего он остается неподключенным.
Выключатель питания: На платах ATX имеется разъем для подключения двух проводников от выключателя питания на корпусе РС. Выключатель посылает сигнал на материнскую плату для включения РС; он не подается в блок питания, как это было в старых системах АТ.
Светодиод Turbo: Предназначен для переключателя turbo и не играет никакой роли.
Светодиод активности жесткого диска IDE/ATA: Этот разъем включает светодиод, когда материнская плата обнаруживает активность любого жесткого диска IDE.
Динамик: Этот 4-штырьковый разъем для динамика, но используются только два внешних проводника. Полярность не играет роли.
Вентилятор процессора: Некоторые платы имеют 2-штырьковый разъем для включения вентилятора процессора. Многие вентиляторы подключаются к разъемам питания.
Переключатель режима приостановки: Некоторые системы имеют 2-штырьковый разъем для переключателя, который переводит систему в режим приостановки.
Светодиод режима приостановки: Некоторые системы имеют разъем для светодиода, который светится, когда система переходит в режим приостановки с помощью переключателя приостановки или автоматического управления энергопотреблением.

Компьютерные технологии развиваются. Меняется форма устройств, их габариты и технические характеристики. Сегодня мы рассмотрим такое понятие, как форм-фактор, и его разновидность ATX - самую популярную и востребованную.

Форм-фактор

Чтобы перейти к теме статьи, нужно разобраться с основным понятием. Форм-фактор - это стандартизация относительно ИТ-оборудования. С помощью её можно определить размер устройства, основные технические показатели, наличие дополнительных деталей, их расположение.

Сейчас, говоря о форм-факторе, люди вспоминают о материнке. Ранее же термин был применим к корпусам телефонов, оборудованию связи и другим комплектующим ПК.

Учитывая, что форм-фактор - это стандартизированное понятие, его относят к рекомендательным параметрам. То есть благодаря индексу, которым обозначают определенный форм-фактор, возможно обозначить обязательные и дополнительные параметры. Разработчики стараются принимать стандарт как должное и руководствоваться им при создании соответствующего комплектующего.

Разновидность

Форм-фактор ATX не единственный стандарт для комплектующих. Но именно этот вариант стал востребован для массового производства ПК. Его впервые мир увидел в 1995 году, а производителем этой архитектуры стала компания Intel. Ранее уже существовали стандарты XT, AT и Baby-AT, которые с 1983 года внедрила компания IBM.

Форм-фактор типа ATX повлиял на появление модифицированных стандартов. Стали появляться сокращенные форматы, с меньшим количеством слотов и компактными размерами. К 2005 году был разработан мобильный стандарт, оптимизированный для процессоров.

Офисные компьютеры тоже стали оснащать различными комплектующими определенных стандартов. Стали появляться платы, которые применяли в сложных производствах. Такие модификации стандарта стали известны с 2004 года. Форм-фактор ATX перевоплощался в SSI CEB, DTX, BTX и пр.

ATX

Этот форм-фактор стал популярен еще в 1995 году, но наибольшее распространение получил с 2001 года. Стандарт стал доминирующим в производстве ПК. Он влияет не только на размер платы или другого комплектующего. ATX диктует стандарт БП, корпуса ПК, размещение слотов и разъемов, форму и расположение слотов, крепление и параметры БП.

Компания Intel долго размышляла над тем, каким должно быть продолжение форм-фактора AT. К 1995 году разработчики представили новенький стандарт ATX. Кроме этой компании, над изменением устаревшего стандарта думали другие производители, которые поставляли OEM-технику. После новый стандарт был подхвачен теми, кто поставлял материнки и БП.

За все время своего существования было выпущено 12 спецификаций. Форм-фактор ATX размеры имеет стандартные: в миллиметрах - 305 х 244, в дюймах - 12 х 9,6. Модификации, которые выпускались под другими именами были разработаны на основе ATX, но имели различия в размещении портов, общих габаритов и т. д.

Так, в 2003 году компания Intel захотела внедрить BTX. Этот новый стандарт более эффективно охлаждал системный блок ПК. Разработчики хотели медленно убрать с рынков ATX, который поддерживал высокий нагрев внутри системного блока. Но даже такая опасность, как перегрев всей системы, не способствовала тому, чтобы удачно сменить формат на BTX.

Большинство производителей отказались распространять его, так как снижение рассеиваемой мощности показывало положительные результаты, и в будущем все равно удалось достичь неплохих результатов при охлаждении корпуса и без смены стандарта. В итоге к 2011 году стало понятно, что заменять форм-фактор ATX не нужно.

Основные изменения

Настолько удачного изобретения в этой области ждать не стоило. Пользователь получил кардинальные изменения касательно предыдущей версии AT. Питанием процессора стала заниматься материнская плата. На неё подается дежурное питание даже в выключенном состоянии. Материнка обеспечивает функционирование управляющего блока и некоторых периферийных устройств.

Стала возможна замена вентилятора на более крупный и размещение его дне БП. Воздушный поток становился более мощным и охватывал большее количество элементов в системном блоке. Изменялось количество оборотов, а соответственно, и шум. Со временем появилась тенденция к размещению блока питания внизу корпуса.

Питание

Смена форм-фактора принесла изменение формата разъема питания. Вызвано это было тем, что в предыдущем формате два схожих разъема подключались в неподдерживаемые слоты, из-за чего происходил сбой системы. В процессе увеличения потребляемой мощности, необходимо было увеличивать количество контактов питания. Разработчики начинали с 20, позже их становилось больше, а также появились дополнительные разъемы.

Интерфейсная панель

Интерфейсная панель стала свободнее. Ранее здесь находился слот для клавиатуры, а в специальные отверстия устанавливали платы для расширения. Форм-фактор ATX добавил к слоту для клавиатуры место для коммуникатора. Свободную площадь заняло прямоугольная «щель» стандартизированного размера, куда разработчики помещали необходимые слоты.

Начальный блок питания

Помимо того, что существует материнская плата форм-фактора ATX, можно найти и стандарта. Поскольку развитие формата длилось девять лет, за это время разработчики старались не только изменять разъем, но и делать его совместимым с предыдущими формами.

Так, изначально применялся разъем с 20 контактами питания. Этот вариант популярен был до появления материнки с шиной PCI-Express. Потом появился разъем с 24 контактами. Чтобы этот вариант поддерживался и предыдущими версиями, «бонусные» 4 контакта можно было снять, а плата работала бы и с двадцатью.

Изменения процессоров

Когда стали появляться новые процессоры Pentium 4 и Athlon 64, пришлось переработать стандарт до версии 2.0. Так, материнки стали требовать для основной шины 12 В. Блок питания, форм-фактор ATX которого также обновился до второй версии, должен был получить дополнительный разъем. Так появился дополнительный разъем еще на 4 контакта.

После этого стали появляться варианты со сложными контактами. Например, 24+4+6-контактный разъем стал востребован для материнок, которые получили несколько портов PCI-E 16x. А 24+4+4-контактный фактически имел дополнительный 8-штырьковый разъем, который состоял из двух слотов по 4 контакта. Таким образом его стали применять для материнок, которые имели высокое энергопотребление.

Такое решение с объединением двух разъемов по 4 контакта было вызвано тем, чтобы не лишать пользователя подключать модель к более старым материнским платам. Так, один разъем отстегивался от другого, и мы получали 24+4-контактный провод.

Корпус

Помимо материнки и БП, определенную стандартизацию имеет и корпус. Форм-фактор ATX в этом случае является наиболее современным и подходит для системных плат того же формата. Такой корпус предполагает более легкий доступ ко всей внутренней периферии. Имеет отличную вентиляцию внутри. Позволяет устанавливать не одну полноразмерную плату.

Несмотря на одинаковые названия, в можно поместить материнскую плату формата микро-ATX. Кратко об этом стандарте мы поговорим далее.

Компактная версия

Форм-фактор micro-ATX появился немного позже основного стандарта - в 1997 году. Материнская плата этого формата имеет 244 х 244 мм. Вариант был разработан для процессоров с уже устаревшей архитектурой х86.

В процессе создания было решено сохранить электрическую и механическую совместимость с предыдущим стандартом. В итоге главным различием остаются габариты плат, количество слотов и интегрированная периферия. Micro-ATX выпускают на рынок со встроенной видеокартой, тем самым обозначая целевое назначение этого стандарта. ПК с таким форм-фактором подходят для офисной работы и не рассчитаны на геймерские проекты, так как интегрированная видеокарта посредственная.

Другие варианты

Помимо ATX и micro-ATX, существовал форм-фактор mini-ATX, который сейчас уже не встретишь нигде. Размеры его - 284 х 208 мм. Появился и FlexATX, который имел размеры 244 х 190 мм. Эта модификация гибкая и позволяет производителю самостоятельно решать многие проблемы.

Так, он может выбирать размер и расположение БП. Участвовать в изменениях, касающихся новых процессорных технологий. Но и этот вариант не смог «бороться» с ATX и остается на заднем плане.

Назначение и различия материнских плат

Материнская плата (motherboard англ.) или как ее еще называют – системная плата , служит для обеспечения взаимодействия между всеми компонентами персонального компьютера. Проще говоря, она объединяет между собой и управляет всеми элементами твоего компьютера.

Системные платы различаются по своему назначению, своей функциональности и по размерам (формфактору). По назначению материнки бывают: для настольных ПК, для ноутбуков и для серверов (мы остановимся только на настольных компьютерах). Под функциональностью, подразумевается то, какой тип процессора иоперативной памяти можно на нее поставить, а это в свою очередь влияет и на всю остальную конфигурацию и производительность системного блока . Размер же материнской платы, имеет решающее значение при выборе корпуса системного блока. Формфакторы материнских плат имеют определенные мировые стандарты, вот некоторые из них:

WTX – 355,6х425,4 мм, для серверов и рабочих станций.

ATX – 305х244 мм, для обычных корпусов.

Mini-ATX – 284х208 мм, для малых корпусов.

microATX – 244х244 мм, для малых корпусов.

Mini-ITX – 170х170 мм, для сверхмалых корпусов.

Если ты когда-нибудь, захочешь самостоятельно собрать себе компьютер по частям, то помни, что начинать следует именно с выбора материнской платы.

Производители материнских плат

Из наиболее известных производителей материнских плат на российском рынке следует отметить такие компании как: Asus (Тайвань), Gigabyte (Тайвань), Intel (США), MSI (Тайвань), ASRock (Тайвань).

Устройство материнской платы

А теперь давай с тобой посмотрим, как схематично устроена системная плата . Для возможности подключения к себе других устройств, все материнки имеют одинаковые стандарты расположенных на них слотов и разъемов, а взаимодействие этих слотов и разъемов обеспечивается чипсетом.

Чипсет – это набор взаимосвязанных микросхем (системной логики), эти микросхемы принято называть Северным и Южным мостами.

Северный мост отвечает за взаимодействие центрального процессора (ЦПУ) и оперативной памяти.

Южный мост обеспечивает совместную работу центрального процессора и устройств, подключенных к PCI, IDE, SATA, USB и прочим типам слотов и разъемов, о которых мы поговорим ниже.

Все эти взаимодействия в системной плате осуществляются с помощью специальных магистралей называемых шинами.

Шины – это специальные устройства для связи между компонентами материнской платы, т.е. по ним передаются различные сигналы и команды. Разные шины обладают разной скоростью передачи сигналов (пропускной способностью).

Например, фронтальная шина (FSB) связывающая северный мост с ЦПУ имеет высокую скорость работы, а шина LPC, связывающая Южный мост с BIOS и мультиконтроллером (англ. Super I/O – регулирует работу портов PS/2, AGP, LPT и пр.), обладает низкой пропускной способностью.

Что находится на материнской плате

И так с устройством разобрались, теперь разберемся с основными разъемами и слотами, находящимися на материнской плате, узнаем, как они называются и, что к ним следует подключать. А для наглядного примера возьмем материнскую плату Gigabyte GA-770T-D3L .

Северный Мост (контроллер-концентратор памяти )

Сокет – это основной разъем материнской платы, предназначенный для установки центрального процессора. Каждый сокет поддерживает только определенный тип процессоров, поэтому производители системных плат всегда указывают какие процессоры можно установить на ту или иную модель платы.

Слоты оперативной памяти служат для установки плат (модулей) ОЗУ, таких слотов на материнской плате обычно от двух до четырех. Они располагаются справа от сокета, и так же как в случае с процессором каждая материнская плата поддерживает только один из типов оперативной памяти: DDR, DDR2, DDR3, DDR4. Чем больше число DDR, тем мощнее и современнее тип ОЗУ. Какой именно тип памяти поддерживает конкретная системная плата можно узнать из инструкции к ней или из надписи на плате рядом со слотами, а если проще – чем современнее материнка , тем более мощная оперативка ей требуется.

Слот PCIEX16 предназначен для установки видеокарты, на дорогих и мощных материнских платах таких слотов может быть несколько. При установке видеокарты в этот слот стоит обратить внимание на его пропускную способность (указана на плате), она бывает трех типов: PCI Express 1.0, PCI Express 2.0 и PCI Express 3.0, соответственно, чем выше число, тем больше пропускная способность.

Слоты PCIEX1 предназначены для установки различных устройств: WiFi карты, WiMax карты, GPS приёмники, выводы для индикаторных светодиодов, USB 2.0 и пр.

Сетевой контроллер это чип (в нашем случае Realtek RTL8111D/E) на материнской плате, который исполняет роль интегрированной сетевой карты и необходим для подключения к интернету.

Южный мост (периферийный контроллер )

BIOS – это чип, а также вшитая в него микропрограмма, которая включается перед запуском операционной системы, основное предназначение BIOS – это проверка работоспособности компьютера (этот процесс называется POST) до загрузки ОС. Помимо этого BIOS позволяет настраивать различные параметры материнской платы.

Джампер очистки содержимого CMOS-памяти, необходим для возвращения BIOS к заводским настройкам (обнулению), это может быть необходимо при ремонте компьютера. Для обнуления необходимо снять пластиковую заглушку с контактов джампера и замкнуть их отверткой (разумеется, эти действия следует производить на обесточенном компьютере).

Батарейка на материнской плате нужна для сохранения основных настроек BIOS в тех случаях, когда ты выключаешь компьютер из электросети.

Слоты PCI служат для подключения периферийных устройств к системной плате, это может быть звуковая карта, TV-тюнер, сетевая карта и пр.

Разъем IDE – это устаревший интерфейс для подключения оптических приводов и жестких дисков. Разъем IDE имеет большие размеры и меньшую скорость обмена информацией, чем современные разъемы SATA.

Разъем FDD служит для подключения Floppy дисковода, предназначенного для чтения гибких дисков.

Разъем SATA – это как говорилось выше более современный аналог IDE, SATA используются в основном для подключения жесткого диска и оптического привода.

Разъемы USB предназначены для подключения USB входов с передней панели системного блока, к каждому разъему можно подключить по два входа.

Звуковые разъемы (есть не на всех материнка) служат для подключения к материнской плате различных устройств снабженных дополнительными аудиовыходами. CD IN – для подключения дополнительных аудио поводов с оптического привода. Разъемы SPDIF IN и SPDIF OUT необходимы при подключении устройств (напр. звуковой или видеокарты), которые поддерживают цифровой аудиовыход, через дополнительные S/PDIF или HDMI кабеля.

Разъемы питания материнской платы и процессора

Разъем питания ATX необходим для подключения соответствующего кабеля с блока питания, через него запитывается сама системная плата, платы расширения, подключаемые к ней, а также системы охлаждения (кулер процессора и др.), различные световые индикаторы и пр.

Разъем ATX 12V предназначен для подачи питания на центральный процессор .

Питание системы охлаждения

Входы, кнопки, индикаторы с передней панели системного блока

К разъемам из группы F PANEL подключаются провода от кнопок включения и перезагрузки компьютера, индикатора работы жесткого диска, а также системный динамик.

К разъему F AUDIO следует подключать передние аудио входы от наушников и микрофона. Поэтому если на передней панели корпуса эти входы есть, но они не работают, следует проверить подключены ли провода от них к данному разъему, так как при магазинной сборке компьютера это часто забывают сделать.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы для компьютера, места её крепления к шасси; расположение на ней интерфейсов шин,портов ввода-вывода, разъёма процессора, слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

3. Чипсет.

Чипсет или набор системной логики – это основной набор микросхем материнской платы, обеспечивающий совместное функционирование центрального процессора, ОЗУ, видеокарты, контроллеров периферийных устройств и других компонентов, подключаемых к материнской плате. Именно он определяет основные параметры материнской платы: тип поддерживаемого процессора, объем, канальность и тип ОЗУ, частоту и тип системной шины и шины памяти, наборы контроллеров периферийных устройств и так далее.

Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух компонентов, представляющих собой отдельные чипсеты, связанные друг с другом высокоскоростной шиной.

Однако последнее время появилась тенденция объединения северного и южного моста в единый компонент, так как контроллер памяти все чаще встраивают непосредственно в процессор, тем самым разгружая северный мост, и появляются все более быстрые и быстрые каналы связи с периферийными устройствами и платами расширения. А также развивается технология производства интегральных схем, позволяющая делать их более миниатюрными, дешевыми и потребляющими меньше энергии.

Объединение северного и южного моста в один чипсет позволяет поднять производительность системы, за счет уменьшения времени взаимодействия с периферийными устройствами и внутренними компонентами, ранее подключаемыми к южному мосту, но значительно усложняет конструкцию чипсета, делает его более сложным для модернизации и несколько увеличивает стоимость материнской платы.

Но пока что большинство материнских плат делают на основе чипсета разделенного на два компонента. Называются эти компоненты Северный и Южный мост.

Названия Северный и Южный - исторические. Они означают расположение компонентов чипсета относительно шины PCI: Северный находится выше, а Южный - ниже. Почему мост? Это название дали чипсетам по выполняемым ими функциям: они служат для связи различных шин и интерфейсов.

Причины разделения чипсета на две части следующие:

1.Различия скоростных режимов работы.

Северный мост работает с самыми быстрыми и требующими большой пропускной способности шины компонентами. К числу таких компонентов относится видеокарта и память. Однако сегодня большинство процессоров имеют встроенный контроллер памяти, а многие и встроенную графическую систему, хотя и сильно уступающую дискретным видеокартам, но все же часто применяемую в бюджетных персональных компьютерах, ноутбуках и нетбуках. Поэтому, с каждым годом нагрузки на северный мост снижаются, что уменьшает необходимость разделения чипсета на две части.

2. Более частое обновление стандартов периферии, чем основных частей ЭВМ.

Стандарты шин связи с памятью, видеокартой и процессором изменяются гораздо реже, чем стандарты связи с платами расширения и периферийными устройствами. Что позволяет, в случае изменения интерфейса связи с периферийными устройствами или разработки нового канала связи, не изменять весь чипсет, а заменить только южный мост. К тому же северный мост работает с более быстрыми устройствами и устроен сложнее, чем южный мост, так как от его работы во многом зависит общая производительность системы. Поэтому его изменение - дорогая и сложная работа. Но, несмотря на это, наблюдается тенденция объединения северного и южного моста в одну интегральную схему.